在林木育种过程中,植物单倍体育种应用十分重要,是提高育种质量的重要方式,单倍体植株由孤雌生殖所形成,鲜有表现父本形状,具有频率低及偶发性的特点,很难在育种当中加以运用。通过单倍体育种有助于加速新品种稳定遗传,通过人工诱导单倍体方式,运用杂交和诱变方式获得的单倍体整体操作法及通过子房及花药离体培养的离体培养法对于提升育种效果有着积极意义。
1 单倍体植物产生途径及影响林木育种因素
1.1 产生途径
单倍体植物有多种产生途径,其中孤雄生殖是比较重要的途径,离体培养花药及花粉形成单倍体植物是孤雄生殖,花药培养及花粉培养主要是人工诱导植物孤雄生殖产生单倍体的重要途径,小孢子培养是细胞培养,再生植株是花粉雄核发育,操作复杂,较难成功。花药培养的方式是器官培养,再生植株可能源于小孢子或体细胞组织,操作容易,成功率较高。另外的产生途径就是孤雌生殖的产生方式,离体培养没有受精子房及配珠,诱发卵细胞单性发育为植物体就是孤雌生殖,这方法在20世纪50年代末产生,实践操作中能够发现雌核发育起源有内在稳定性,胚囊的发育方式不容易受到离体条件影响而发生改变,限制了子房单倍体诱导,效率低下,只能作为补充技术加以应用。
1.2 影响因素
1.2.1 基因型因素
受到基因型因素的影响,单倍体育种整体质量取决于俄基因型,在离体培养时,不同基因类型植株表现愈伤组织诱导率及胚状体诱导率等存在着差异,通过长期试验发现,禾本科及茄科离体培养成功率较高,豆科离体培养反应性相对较差,说明离体培养技术在应用过程中存在一定局限,植株细胞质因素对离体培养的质量也会产生比较大的影响。
1.2.2 生理因素
生理状况因素是比较突出的因素,考虑到花药离体培养要构建高质量植株,供体植物生理形状对培养结果也会产生影响。通过盛花期的花药应用,雄核发育率较高,通过幼年植株花药应用,离体培养反应强,离体培养受到供体植株生长环境因素限制比较突出,在植株所处环境季节变化和水分状况的因素影响下,变化较大,小孢子发育营养供给及内源激素的影响有着很大的关联性。
1.2.3 培养基因素
在林木育种过程中应用单倍体的育种方法,受到培养基因素的影响也是比较突出的,花药离体培养时基本培养基及植物生长调节剂和碳源组成花药培养环境,以生长调节剂为例,多数植物花药对生长调节剂有着较大的依赖性,通常可通过2,4-D及IAA生长素来支撑离体培养,培养时,培养基中含有生长素及细胞分裂素,这是保障花药脱分化及再分化成功率的重要条件,所以应充分考虑培养基的影响因素,有助于提高林木育种质量。
2 林木育种中单倍体育种的应用问题
2.1 培养再生植株倍性混乱
在对单倍体育种方法的应用过程中,存在着倍性混乱的问题,在花药愈伤组织诱导分化过程中,倍体来源不清晰,造成诱导分化难度增加。对试验人员能力要求高,离体培养是器官培养,培养时会造成小孢子发育及细胞组织生长,对体细胞生长和小孢子雄核发育速度产生影响。
2.2 培养基因型依赖高
在对单倍体育种方法的应用方面,培养基因型依赖性高的问题比较突出,培养成果很大程度上取决于供体植株基因型,说明培养过程不能打破不良基因连锁效应,基因重组可行性相对较低。一些木本植物是顽固型的基因型,少数才能通过离体培养获得单倍体,多数林木生长周期比较长,无法保障花药取材质量,对离体培养的质量及成功率会产生诸多不利的影响。
2.3 培养机制发展起步相对晚
单倍体育种培养机制发展起步较晚,林木生长周期长,林木花药培养成功率不高,林木离体培养理论性研究较少,对于培养机理的认识不深入,这就必然对离体培养试验成功率产生很大程度的影响,对单倍体育种手段的推广也会产生一定影响。
3 林木育种中单倍体育种的应用措施
3.1 丰富单倍体植株获得方式
为了提高单倍体育种手段的应用效果,需将现代分子生物学手段加以科学运用,有效丰富单倍体植株获得方式,要进一步探讨小孢子雄核发育机制,尝试采用诱导转座子获得双单倍体纯合突变体。加强对花药培养效率低的物种控制,重视种内基因差异,找到种内相对高效的花药培养基因型,采用生物信息方式来了解小孢子雄核发育蛋白和基因,提升花药培养效率。
3.2 注重基因改良方式提升培养效率
单倍体育种在实际应用过程中,发挥基因改良的作用是比较重要的,有助于提升林木花药培养的整体效率,花药离体培养工作重点是选择高频率再生基因型,培养反应差基因杂交育种能有助于促进雄核发育,这一基因改良方式有助于从整体上提高培养工作效率。通过优化培养方式,最大程度避免体细胞受到干扰,再生植株可能来源于体细胞,避免体细胞干扰及保障小孢子胚性发育,有助于获得单倍体植株。
综上所述,选择合适的林木育种技术方法十分重要,是提高育种工作质量的重要保障,在实际育种过程中要融入创新的工作理念,在实际工作开展过程中发挥单倍体育种的技术应用优势,能够保障获得优良树木品种,对于林业的发展有着积极意义。
《林木育种中植物单倍体育种的应用分析》来源:《世界热带农业信息》,作者:裘晓梅